Modélisation et interprétation des propriétés spectrales des galaxies primordiales

Modeling and interpretation of spectral properties of primeval galaxies

• Auteur / Autrice : Adèle Plat
• Direction : Stéphane Charlot
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Astrophysique
• Date : Soutenance le 20/09/2019
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Astronomie et astrophysique d'Île-de-France (Meudon, Hauts-de-Seine ; 1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut d'astrophysique de Paris (1936-....)
• Jury : Président / Présidente : Marie-Christine Angonin
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Thierry Contini, Mathieu Puech
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Alessandro Bressan, Véronique Buat

Mots clés

Mots clés contrôlés

Expansion de l'univers

Matière interstellaire

Modèles mathématiques

Décalage vers le rouge

Régions H II (astrophysique)

Mots clés libres

Galaxies

Spectres

Raies d'émission

Haut redshift

Milieu interstellaire

Réionisation

Galaxies

Spectra

High redshift

Résumé

Pendant le premier milliard d’années de l’Univers, les premières galaxies se sont formées et ont réionisé le milieu intergalactique. Grâce au James Webb Space Telescope, l’observation de spectres ultraviolets et optiques des galaxies de l’époque de la réionisation sera bientôt possible. L’émission de ces galaxies contient des informations précieuses sur leurs propriétés physiques et en particulier sur la caractérisation des sources à l’origine de la réionisation de l’Univers. Nous explorons des modèles physiquement auto consistants de galaxies à formation d’étoiles, en incluant l’émission du gaz interstellaire chauffé par de jeunes étoiles, la fuite des photons ionisants hors de la galaxie, l’émission d’un noyau actif de galaxie et de chocs radiatifs. Ces modèles sont comparés dans un ensemble de diagrammes impliquant des raies d’émission avec un échantillon de galaxies à formation d’étoiles de faible métallicité et de galaxies qui perdent des photons du continu de Lyman. Cette analyse nous renseigne sur les contraintes que l’on peut obtenir concernant la nature des sources de photons ionisants ainsi que la quantité de ces photons qui s’échappent dans le milieu intergalactique. Enfin, nous présentons également quelques tests préliminaires de l’implémentation en cours de l’émission des régions à raies étroites de noyaux actifs de galaxies dans un outil d’interprétation spectrale de galaxies.

During the first billion years of the Universe, the first galaxies formed and ionized the neutral inter-galactic medium. Observations of rest-frame ultraviolet and optical spectra of galaxies into the reionization epoch will soon be possible with the help of the James Webb Space Telescope. The light emitted by these galaxies contains valuable information about their physical properties, in particular, the characterisation of the sources that were able to reionize the Universe. We explore physically self-consistent models of star-forming galaxies, including the influence of stellar multiplicity on the production of ionizing photons by young stellar populations, the leakage of Lyman-continuum photons from density-bounded HII regions and the contribution by an active galactic nucleus and radiative shocks to nebular emission. We compare these models with a sample of metal-poor star-forming galaxies – whose properties are expected to approach those of primeval galaxies – and Lyman-continuum leakers at various redshifts, in a collection of ultraviolet and optical emission-line diagnostic diagrams. From this analysis, we investigate how we can learn about the nature of the ionizing sources and the leakage of ionizing photons in such galaxies. We also present preliminary tests of the implementation in progress of the emission from narrow-line regions of active galactic nuclei in a spectral interpretation tool.